【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及减少co2排放的组件、包含前述组件的用于生产能量的相关设备(plant)以及在所述设备中进行的熟料生产方法。
技术介绍
1、生产熟料(水泥的主要成分)的工艺和相关设备(其实例如图1所示)的使用在现有技术中是已知的。所生产的熟料是硅酸钙化合物的混合物，且水泥行业几乎所有的co2排放都与其生产有关。原料(或“生料”)在磨机(“生料磨机”)中混合并研磨，在旋风预热器(“预热器”)中预热，在煅烧炉(“煅烧炉”)中于约850℃至950℃煅烧，在回转窑(“回转窑”)中于约1400℃至1500℃加热并在其中形成熟料，最后在冷却器(“冷却器”)中冷却熟料。在所述工艺中，需要在以下两个区域燃烧燃料：
2、(i)在煅烧炉中，根据以下称为“煅烧”的反应，为原料中所含碳酸钙分解为cao和co2提供热量：caco3→cao+co2
3、(ii)在回转窑中，将材料加热到高温，并发生熟料的形成反应。
4、熟料生产设备中co2的形成和排放与以下过程有关：
5、(i)基于煅烧反应的碳酸钙分解，约占总排放量的60％；
6、(ii)煅烧炉和回转窑中的燃料燃烧约占总排放量的40％(其中约50％至60％来自煅烧炉中的燃烧，40％至50％来自回转窑中的燃烧)。
7、在现有技术中，已采用不同的方法来减少这些排放，例如使用低碳燃料(如天然气)或使用生物质(对co2排放具有中性影响)，提高设备的能源效率，降低熟料/水泥比例[1]。然而，使用这些技术减少co2排放的潜力是有限的，因为上述方法不能
8、在为水泥行业温室气体减排而提出的多种已知技术中，一些最有前景的技术是基于钙循环(cal)系统。该工艺基于使用氧化钙(cao)作为吸附剂，根据可逆的碳酸化-煅烧反应从气流中去除co2：
9、
10、图2显示了cal系统的简化框图。将富co2气体引入碳酸化器，在碳酸化器中与具有高cao含量、温度为约650℃的固体混合物接触。在该反应器中发生放热碳酸化反应，并将co2从气流中分离出来。将在碳酸化过程中形成的富含碳酸钙(caco3)的固体送到第二反应器(煅烧炉)中，于约900℃至950℃再生。煅烧所需的热量由燃料(优选固体燃料，如煤、生物质、废燃料)与低氮氧化剂(通常为空气分离系统中产生的o2，与再循环的co2的混合物)的燃烧提供，以避免存在于传统空气燃烧中的氮气稀释co2而使co2分离无效。然后，将从煅烧炉中排出的富co2气流冷却、净化并压缩，从而达到适合其地质运输和封存的条件。从煅烧炉排出的富cao的再生固体被送回碳酸化器，从而闭合“循环”。cal系统的主要优势之一是，煅烧炉中使用的燃料中包含的大部分化学能可在高温下有效回收，并以高效益转化为电能。为了使固体保持足够的co2捕集能力，有必要提供caco3补充流和吹扫流，以避免惰性材料、灰分和硫在系统中累积，并保持吸附剂的良好活性。cal工艺已在规模达1mwth至1.7mwth的电厂中成功演示，这些电厂在典型条件下运行，可集成到热电发电厂中[2,3]。如果将cal系统集成到水泥工业中，由于两种工艺之间的现有协同作用，将获得进一步优势。事实上，这两种工艺都使用富caco3的固体作为原料。因此，很容易供应现场材料，并且还可以通过将其直接用于熟料生产来增强cal系统的净化。
11、cal工艺已以两种配置集成到水泥厂中。cal系统的第一种集成形式是被称为“末端cal”的配置(图3)，其中cal工艺位于熟料生产设备的下游，且碳酸化器处理水泥厂排出的烟气(图中的“传统水泥窑”，包括已在图1中示出的所有组件)[4-6]。对于这种配置，通常建议的反应器类型是循环流化床反应器(cfb)。在水泥厂应用的代表性条件下，cal工艺的运行已在30kwth和200kwth的两个不同装置中进行了演示[7,8]。de lena等人发表了对这种配置的综合性研究，对该系统的主要运行参数进行了广泛的敏感性分析，并研究了这种集成对现有水泥厂的影响[5]。文献wo 2011/015207 a1、ca2672870和us 10,434,469b2示出了第一配置的一些实例。
12、在水泥厂中使用cal工艺的第二种已知配置是“集成cal”(图4)，其中将碳酸化器集成到熟料生产线的预热塔中，并仅处理从回转窑中排出的废气[9,10]。
13、这种配置的特征主要在于以下几个方面：
14、a.碳酸化器仅处理从回转窑排出的气体，因此允许捕集回转窑自身燃烧产生的co2；
15、b.该方法可包括用作co2吸附剂的固体冷却器(“吸附剂冷却器”)，以间接去除由放热碳酸化反应产生的热量，并将碳酸化器保持在所需温度(该外部组件在碳酸化器配备有内部冷却系统的情况下是任选的)；
16、c.负载有co2(即，富含caco3)的吸附剂被送至煅烧炉，以氧气燃烧模式(即在无氮气氛中燃烧)运行；
17、d.煅烧炉接收并分解来自碳酸化器的吸附剂和预热的原料两者。换句话说，cal工艺的煅烧炉和预热器的原料煅烧炉重合；
18、e.从煅烧炉排出的煅烧固体在回转窑和“吸附剂冷却器-碳酸化器”组之间分成两部分，在回转窑中它们将形成熟料，在“吸附剂冷却器-碳酸化器”组中它们吸收回转窑燃烧气体中包含的co2。
19、最近，de lena等人从技术和经济角度对第二种配置进行了研究，与“末端cal”配置相比，该配置表现出更好的能量性能[11]。文献mi2012a00382、mi2012 a003832012和wo2013/024340 a1示出了第二种配置的一些实例。
20、如上所述，与“末端cal”配置相比，使用“集成cal”配置在能源方面具有优势。“集成cal”配置的缺点主要与以下方面有关：
21、-由于熟料生产阶段co2捕集系统的高度集成，设备的可操作性可能会降低，如果需要维护co2捕集系统，熟料生产可能会被迫停止；
22、-碳酸化器和煅烧炉之间存在固体再循环(常见于通用cal系统中)，这不可避免地会降低用于气体吸收的吸附剂的活性，该活性会随着碳酸化-煅烧循环次数的增加而降低[12]；
23、-碳酸化器和煅烧炉之间存在固体再循环，这可能导致工艺控制出现困难。
24、因此，需要一种与co2减排系统集成的熟料生产方法，该方法具有更好的可操作性，而不会对整个系统的能量性能产生负面影响。
25、us2018/0028967公开了一种用于从废气中捕集和分离co2的方法和相关系统。该系统包括第一煅烧炉、连接到所述第一煅烧炉的碳酸化器和连接到所述碳酸化器的第二煅烧炉。该co2捕集方法利用了富co2吸附剂(caco3)在贫co2吸附剂(cao|)和co2中的煅烧反应，以及cao和co2在caco3中的逆碳酸化反应。该设备包括煅烧炉、与所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于减少熟料生产设备中CO2排放的组件，包括两个煅烧炉和布置在所述两个煅烧炉之间的碳酸化器，其中所述煅烧炉中的一个是常规熟料生产系统的组成部分；因此，即使使用所述组件的所述碳酸化器和另一个煅烧炉的CO2捕集系统由于故障或维护而断开，所述煅烧炉也能够在熟料生产过程中继续运行，其中所述碳酸化器至所述两个煅烧炉两者没有再循环。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述两个煅烧炉中的一个是初次煅烧炉(初次煅烧炉)并且位于所述碳酸化器上游，而布置在所述碳酸化器(碳酸化器)下游的所述另一个煅烧炉是二次煅烧炉(二次煅烧炉)。
3.用于熟料生产的设备(3)，包括根据权利要求1或2所述的组件以及常规熟料生产设备的单元，其中后者与所述组件(3)的单元同时安装。
4.设备(4)，包括根据权利要求1或2所述的组件的单元以及常规熟料生产设备的单元，其中所述常规设备的单元在所述组件之前就存在。
5.根据权利要求3所述的设备(3)，或根据权利要求4所述的设备(4)，其中所述组件的单元：初次煅烧炉(初次煅烧炉)或二次煅烧炉(二次煅烧炉)、吸附剂冷却器(吸附剂冷却
6.根据权利要求3或5所述的设备(3)或根据权利要求4或5所述的设备(4)，其中在所述组件的所述初次煅烧炉的上游布置有至少一个原料粉预热器(预热器)，优选地布置有两个或三个平行布置的多级预热器。
7.根据权利要求3、5、6中任一项所述的设备(3)或根据权利要求4-6中任一项所述的设备(4)，其中在所述预热器的上游布置有原料矿物粉磨机。
8.在根据权利要求3、5-7中任一项所述的设备(3)中或根据权利要求4-7中任一项所述的设备(4)中进行的减少CO2排放的熟料生产方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述煅烧步骤于850℃至950℃的输出温度中操作。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在步骤b)中的所述冷却器(吸附剂冷却器)中，将经煅烧的富CO2的材料冷却至550℃至650℃的温度。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中在步骤c)中，来自在所述回转窑中发生的燃料与空气的反应的富CO2燃烧气体在熟料生产过程中进入。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，在根据权利要求6所述的设备(3)或设备(4)中进行，其中在熟料生产过程中形成的来自所述回转窑的燃烧气体在第三多级加热器中冷却，优选在两级加热器中冷却，并随后被送至步骤c)的所述碳酸化器中。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中将碳酸钙含量低的原料进料至所述二次煅烧炉(二次煅烧炉)。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的方法，如果所述碳酸化器和/或所述初次煅烧炉由于故障或维护而断开，则仅包括阶段d)-f)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于减少熟料生产设备中co2排放的组件，包括两个煅烧炉和布置在所述两个煅烧炉之间的碳酸化器，其中所述煅烧炉中的一个是常规熟料生产系统的组成部分；因此，即使使用所述组件的所述碳酸化器和另一个煅烧炉的co2捕集系统由于故障或维护而断开，所述煅烧炉也能够在熟料生产过程中继续运行，其中所述碳酸化器至所述两个煅烧炉两者没有再循环。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述两个煅烧炉中的一个是初次煅烧炉(初次煅烧炉)并且位于所述碳酸化器上游，而布置在所述碳酸化器(碳酸化器)下游的所述另一个煅烧炉是二次煅烧炉(二次煅烧炉)。
3.用于熟料生产的设备(3)，包括根据权利要求1或2所述的组件以及常规熟料生产设备的单元，其中后者与所述组件(3)的单元同时安装。
4.设备(4)，包括根据权利要求1或2所述的组件的单元以及常规熟料生产设备的单元，其中所述常规设备的单元在所述组件之前就存在。
5.根据权利要求3所述的设备(3)，或根据权利要求4所述的设备(4)，其中所述组件的单元：初次煅烧炉(初次煅烧炉)或二次煅烧炉(二次煅烧炉)、吸附剂冷却器(吸附剂冷却器)和碳酸化器(碳酸化器)可容易地在故障和维护的情况下断开连接，并在维修和维护后重新连接。
6.根据权利要求3或5所述的设备(3)或根据权利要求4或5所述的设备(4)，其中在所述组件的所述初次煅烧炉的上游布置有至少一个原料粉预热器(预热器)，优选地布置有两个或...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·罗马诺，E·德莱纳，M·斯皮内利，
申请(专利权)人：米兰综合工科大学，
类型：发明
国别省市：
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